自动换挡系统的研究资料.doc

假如我是你，我就能像爱自己一样爱你，我是你吗，是的，所以爱你就是爱自己。基于行驶环境识别的汽车自动换挡系统研究针对通常自动变速器由于对行驶环境不适应而出现的一些问题。如坡道行驶中的换挡循环问题，转弯时的频繁换挡问题以及湿滑路况下的打滑问题等，建立了一种基于行驶环境识别的多模式汽车自动换挡系统。这个系统能够利用通常自动变速器上的传感器信号，自动识别汽车的当前行驶环境，并根据外界于亍驶环境的变化选择相应的换挡规律，从而解决了通常自动变速器在特定行驶环境下出现的问题，提高了自动变速器的整体性能。这种环境自适应的控制方法将是今后汽车控制系统的发展方向。虽然通常的自动变速器已成为一种成熟的商业产品，但它仅以车速和节气门开度作为换挡控制参数，根据平路行驶时确定的最佳燃油经济性或最佳动力性换挡规律进行换挡。这种未考虑行驶环境信息，仅基于汽车行驶状态的换挡系统虽然在通常的行驶环境中具有令人满意的性能，但在一些特定的行驶环境中却可能产生一些问题，如：坡道行驶时的换挡循环问题，转弯时的频繁换挡问题以及湿滑路况下的打滑问题等。为了解决通常自动变速器在特定行驶环境下出现的这些问题提高自动变速器的整体性能，本文研究了利用通常自动变速器的传感器信号，在尽量不增加自动变速系统硬件的基础上进行行驶环境识别的方法，提出了行驶环境识别系统的体系结构，建立了一种基于该环境识别系统的多模式自动换挡系统。并进行了基于行驶环境识别汽车的行驶环境差别很大，不仅路面类型复杂多样，有上坡、下坡、转弯等，同样的路面类型条件下，因交通流状况(车多、人多)，路面状况(湿滑、泥泞)的差异，对换挡的要求也有很大的差别。当路面状况良好，且周围行人、车辆稀少时，汽车可以迅疾飞奔。而在同样的路面条件下，当周围人、车较多时汽车不得不缓慢行驶。为了便于自动换挡系统对千亍驶环境的识别，本文建立了一种递阶的行驶环境识别体系，底层由路面附着的识别，行驶区域的识别，坡道、弯道识别3个平行的部分组成，进干亍实时识别，上层根据底层的识别结果，进行相应的推理和决策，确定与当前行驶环境相适应的汽车换挡规律。本部分介绍底层不同行驶环境的实时识别方法。现代大功率拖拉机自动换挡控制系统介绍了现代大功率拖拉机自动换挡控制系统的基本原理和方法，主要传感器的结构、传感技术及电液一体化控制技术，为现代大功率拖拉机自动换挡控制系统的设计提供了一些有用的资料。自动换挡系统根据换挡信号的产生以及控制换挡阀的方式不同分为液动式和电液式。液动式是将拖拉机作业行驶速度v、发动机油门开度a 等状况参数转换成油压信号p，再由油压信号控制换挡阀来完成自动换挡。电液式则是将v，k等状况参数转换成电信号后输入电子换挡控制器，由电子换挡控制器控制换挡阀而实现自动换挡。拖拉机作业状况参数主要有车速v、牵引力Ft发动机油门开度a及转速n、扭矩M等。 自动换挡系统基本组成1.变速箱液压系统：主要由液压齿轮泵、调压阀、顺序阀、冷却器、滤油器等液压件组成。2.执行机构：变速箱结构为定轴式部分自动换挡变速型式，所以执行机构完全由速度离合器和方向离合器组成。3.换挡控制机构：主要是一台已将控制和管理变速箱的指令程序化了的微型计算机。它以发动机转速传感器的信号为依据，根据变速选择器的电信号，自动计算合适的换挡时刻。在换挡时，向相应的电磁阀通电，使换挡阀动作而接通主压力油路与换挡离合器内的油缸，并结合相应的挡位。为了保证电磁阀与换挡阀工作可靠，在液压控制系统中设计有先导控制油路，形成电磁阀控制先导油路，再由先导油路去控制换挡阀的动作顺序。4.信号转换器：一种自动转换装置，将发动机转速参数转换成电信号输入微型计算机。高档小油门节油机理柴油机可以在不同的工作点工作，由发动机万有特性曲线图分析可知，用不同的转速和转矩组合可以获得同样大小的功率，在这些工作点中，有些燃油消耗率ge较高，有些较低，其中燃油消耗率最低的工作点被认为是柴油机工作的经济性目标。图2-4所示表示了某发动机在不同油门位置下的万有特性曲线。从图中很容易看到发动机最经济的负荷和转速，最内层的等曲线相当于最经济的区域，曲线愈向外，经济性愈差。下面通过对图2-4的具体分析研究发动机的节油机理：发动机功率受到限制的情况假设某一作业项目由于牵引力PT与作业速度V受到限制，则拖拉机的输出功率就受到限制，这在实际生产中是很常见的。假设使发动机功率利用系数l N被限定为40，如果此时发动机按最大油门工作，发动机负荷率k不足40，则燃油消耗率约为300g/kWh，如果通过换高一档将发动机负荷率岛提高到60(如图中的E点)，同时保持w=40不变而油门调节到使发动机转速按68标定转速运转，则将降为225g/kWh，约节油25。如果再换高一档将发动机负荷率k提高到约80(如图中的F点)，同时油门调到使发动机转速按50标定转速运转，gc将进一步降低为215 g/kWh，进一步节油约4。由此可见，同样的功率水乎，通过换高档，减少油门开度使发动机的工况点从原来的不经济区域移到经济区域后，可以节省燃油。发动机功率不受到限制的情况从上面分析可知，当发动机输出功率受到限制时，换挡和调节油门后的发动机负荷率如不是很高，转速n也较低，燃油消耗率ge不是最低。如果作业项目对牵引力PT与椎业速度V限制的值不是很低时，可以换较高的挡位，同时油门也可以调大一点，如图2-4中使发动机负荷率k再提高到100(M=1)，油门调节到使发动机转速按65标定转速运转，则ge将进一步降到最低油耗区域(212 gkwh)。综上所述可见，“高挡小油门”的工作方式可以提高发动机负荷率和节省燃油，机组动力利用和经济性得到改善。以最高生产效率为控制目标下满负荷工况的控制策略是：保持油门位置100不变，根据阻力负荷的变化，自动调节变速箱传动比改变发动机的负荷率，使发动机工作点稳定在90负荷率附近。在部分负荷工况下，我们的控制策略是：通过控制挡位和油门位置使发动机工作在最低油耗点曲线上的菜一个设定工作点(如图28所示AF点中的某一点，)附近，该点对应的机组作业速度为该作业项目的最高允许作业速度，这样可以获得较好的动力性和经济性。离合器的控制策略：机械式自动变速器是在原来手动变速器和干式离台器基础上实现自动化的。离台器工作工况众多，且与发动机油门及换档需要协调配合，自动控制系统对它有很高而复杂的要求。因此，实现机械传动系自动化的核心问题就是离合器的最佳结合规律，解决了它才能保证拖拉机起步、换档过程的品质，减少传动系统零部件的冲击，提高其使用寿命与乘坐舒适性。在起步换档过程中，离合器操纵不仅受负载、坡度、发动机转速、车速、以及档位等因素影响，而且即使在同样的行驶工况下，也会因偶然出现的情况或驾驶员的人为因素而产生不同的操纵。为此，不仅需要用人体工程学来分析优秀驾驶员的操纵动作和感觉，置换为机电系统的控制，而且还应找出其内在规律，进行优于熟练驾驶员的最佳操纵。对换档品质有影响的因素：(1)加速踏板踏入量或油门开度(2)发动机转速(3)档位与车速(4)坡度与载荷换档品质和离合器的控制密切相关，故离合器的自动控制是电控机械式自动变速器的重点和难点，普通车辆传动系通常采用干式离合器，由于它的工作过程比较复杂，它的操纵特性受汽车和环境条件很多参数的影响。离合器分离时希望分离速度越快越好，这一要求在实际控制中比较容易实现，只有控制相应电磁阀来控制液压油推动液压缸即可，实验证明只要油压足够大，离合器分离的速度是足够快的。对起步有主要影响的是离合器的接合过程。自动换档的目的：当拖拉机的作业环境发生变化时，发动机的工作点必然产生移动，自动换档的目的就是通过档位的改变来改变发动机的工作点，使之工作在最佳工作点附近。监控系统通过监测发动机的转速、油门开度、拖拉机所受的阻力以及车速等，根据所选择的换档规律(工作模式)来判断是否需要换档、换几档，若需要换档则给换档执行机构下达换档指令，通过电磁阀控制液压缸来推动拨叉换档，同时通过步进电机控制油门来配合换档。拖拉机自动变速控制系统包括两个子系统，即发动机控制子系统和换挡控制子系统。这两个系统同时又是相互联系的。发动机的运行状态是自动换档与否的参数之一，自动换档的过程中叉要对发动机进行控制，来保证换档过程快速平稳。拖拉机自动变速控制系统在整个拖拉机机组控制系统中起着非常重要的作用。在控制系统中，它有两个被控制参数：挡位和油门位置。合理控制这两个参数，就控制了发动机输出转矩和转速，即控制了发动机的实际工作点位置，这是使发动机负荷与作业阻力合理匹配，保证发动机经常在经济转速工况下运转，合理利用发动机动力性能和经济性能的关键。在仿真控制中，上位机驾驶员模糊控制器根据作业负荷的大小，模糊推理输出控制命令给发动机及换挡控制系统，自动完成换挡控制或油门位置的调整控制，使发动机按驾驶员选择的控制策略和最优运转规律工作，获得最佳的动力性和经济性。为完成上述功能，拖拉机自动变速控制系统设计了两个控制子系统：(1)自动换挡控制子模块。它通过控制8个电磁阀，实现对离合器液压缸和2个组合换挡液压缸的控制，从而实现挡位的变换；(2)发动机控制子模块。它通过控制步进电机的转动角度，实现油门位置大小的控制。从而达到改变发动机转速的目的。液压系统的设计：发动机及换挡控制系统结构原理图如图3-2所示，拖拉机自动变速控制系统的硬件部分主要使用了两个换档液压缸和一个离合器分离液压缸，还有六个电磁阀。自动变速控制系统概述为了满足系统的控制要求，系统需要采集数字信号有：发动机转速、档位；要采集的模拟信号有：发动机油门位置、离合器位置、发动机冷却水温度、滑转率等。其中，发动机转速、发动机油门位置、离合器位置、档位是本系统需要直接采集的，其余信号可通过串口通讯由上位机传输得到。需要控制的是步进电机和8个电磁阀。电子控制系统(ECU)是整个控制系统的核心部分。它主要包括以下几个部分：(1)控制中心，包括CUP以及存储器、I/O口等外围扩展。(2)信号的采集和处理。即前向通道的设计。(3)信号的输出与控制。即后向通道的设计。(4)按键和显示功能。控制系统的工作过程如下：首先单片机通过前向通道采集数据，采集油门位置传感器的信号和发动机转速传感器信号，用来控制发动机的转速；采集离合器位置传感器的信号，用来控制换档；采集档位传感器的信号来判断当前档位。然后单片机根据所采集的数据，按照相应的换档规律得到在当前状态下台理的档位及油门位置。最后，通过驱动电路控制执行机构完成换档过程。在外部扩展一片9279，我们就可以通过LED显示所采集的数据(如发动机转速)和当前的档位信息。RS232接口芯片用于与上位机进行数据传递。电子控制系统的软件部分主要完成的任务有：1采集档位、离合器位置、油门位置和车速等信号并进行相应的处理。由数据采集模块来完成。2将档位、车速等数据通过串行口发送到计算机，并接收上位机发送的换档信息。实现单片机与上位机之间的通讯。由通讯模块来完成。3根据上位机发送的换档信息，控制电磁换向阀和步进电机，将档位及油门位置调节到合适的位置。由控制模块来完成。4通过按键显示档位、油门位置等数据。由显示模块来完成。自动变速控制系统的软件设计：软件程序由初始化模块、模拟量采集模块、开关量采集模块、发动机转速的测量模块、油门开度控制模块、电磁阀控制模块、通讯模块、显示模块、中断处理模块等组成。电液换挡控制系统由液压换挡控制系统和电子换挡控制系统两部分组成。液压换挡控制系统控制变速器各换挡液压缸的进排油，它